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蚕学外文学术论文摘要选译

2021-12-01张雅慧,杨宗蒙,沈姜宏

广西蚕业 2021年2期
关键词:家蚕品系脂质

1.SUSUMU K,TOMOHISA Y,TAKEHSI F,et al.Dmrt11 E ortholog is a crucial factor for oogenesis of the domesticated silkworm,Bombyx mori.Insect Biochemistry and Molecular Biology.DOI:10.1016/j.ibmb.2020.103517(2020).

[题 目]dmrt11E 直系同源基因是家蚕卵子发生的关键因素

[摘 要]DMRT(Doublesex 和Mab-3 相关的转录因子)是高度保守的转录因子家族,参与许多动物物种的性别确定。DMRT,即dmrt2/dmrt11E,在无脊椎动物和脊椎动物中具有完全不同的功能,表明其功能无法预测。在这里,东京大学前沿科学研究生院综合生物科学系的SUSUMU 等人对家蚕中的dmrt11E 基因进行了功能分析。该基因在幼虫期最后一龄期的卵巢中优先表达。其mRNA在成虫期的卵巢卵中积累。CRISPR/Cas9 介导的家蚕dmrt11E(Bmdmrt11E)的敲除导致卵子发生缺陷,产生带有透明液体的异常卵。这些卵子的生育力和血脂水平明显降低。通过对两个发育阶段的对照组和突变组家蚕卵巢的转录组学对比分析,确定了6个基因可能受Bmdmrt11E 的控制。最后,作者为家蚕卵中脂质吸收和储存提出了一个可能的模型。

(张雅慧 整理)

2.YE Z F,ZHANG P,GAI T T,et al.Sobgene is critical to wing development inBombyx moriand Tribolium castaneum.Insect Science.DOI:10.1111/1744-7917.12911(2021).

[题 目]Sob基因对家蚕与赤拟谷盗的翅膀发育至关重要

[摘 要]昆虫附属器官的发育开始于胚胎期形成的未分化细胞簇,该细胞簇在幼虫期进行增殖,在变态期逐渐发育为成虫的腿、翅膀、触角等特殊的器官和组织。而这些器官和组织的发育需要多个基因以严格的时空顺序表达。其中,翅膀的形成需要多种转录因子在转录水平调控相关基因的表达。odd-skipped基因家族作为重要的转录因子参与了胚胎的发育。然而,其相关基因在昆虫胚胎后期翅膀的形态发生及发育中的作用尚不清楚。在本研究中,西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室的叶占峰等人重点关注了odd-skipped基因家族中的sob基因。利用CRISPR/Cas9 系统,在鳞翅目昆虫家蚕中对sob基因在翅形态发生中的作用展开了研究,并进一步在鞘翅目昆虫赤拟谷盗中通过RNA干扰技术验证了sob基因对翅发育的作用。结果表明,家蚕与赤拟谷盗中sob基因功能的缺失都导致翅明显缩小并且部分个体翅发生退化,翅膀脉络不明显。定量实时聚合酶链反应表明,Tcsob基因在赤拟谷盗体内对翅发育相关基因的表达具有调控作用,例如cht7基因、vg基因。综上,sob基因在昆虫胚胎后期翅膀的发生及发育中具有重要的作用,该研究对昆虫翅的发育有了更深入的见解。

(杨宗蒙 整理)

3.XU X,WANG Y H,LIU Z L,et al.Disruption of egg-specific protein causes female sterility inBombyx mori.Insect Science.DOI:10.1111/1744-7917.12904(2021).

[题 目]家蚕ESP基因的敲除导致雌性不育

[摘 要]卵黄蛋白(Yolk proteins)是卵生动物在胚胎期与幼虫发育早期主要的营养来源,因此,卵黄发生对于生殖至关重要。家蚕作为鳞翅目的模式昆虫,具有3种典型的鳞翅目昆虫卵黄蛋白:vitellin、30-kDa protein、egg-specific protein(Esp)。在本研究中,中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所的黄勇平教授课题组使用CRISPR/Cas9 系统介导的基因编辑技术,对3种家蚕卵黄蛋白中的ESP基因的功能进行了研究。结果发现,家蚕ESP基因的突变导致雌性不育,但对雄性的生殖没有影响。基因敲除的雌性个体能正常交配并产卵,但是产下的卵比正常雌性个体产的卵小并且颜色更浅,此外,最重要的是,这些卵不能正常孵化。同时作者发现,不论是雌性还是雄性的敲除个体,其生长和生殖行为都是完全正常的。基于以上结果作者表示,CRISPR/Cas9 系统介导的基因编辑技术能使敲除个体稳定遗传,携带不育基因的雄性突变体与正常个体交配能将雌性中的不育基因在连续几代中稳定地遗传。因此,作者认为ESP基因编码的卵黄蛋白对雌性家蚕的生殖至关重要,ESP基因可以作为害虫防治的潜在靶标。

(杨宗蒙 整理)

4.ZHU F F,SONG D D,CHEN H,et al.A lipidome map of the silkwormBombyx mori:influences of viral infection.Joural of Proteome Research.DOI:10.1021/acs.Jproteome.0c00608(2021).

[题 目]家蚕脂质组图谱——对病毒感染的影响

[摘 要]近年来,脂质被认为是病毒侵染宿主的关键分子,一些病毒在复制和感染过程中需要脂质参与生物合成和信号转导。家蚕是一种重要的经济昆虫,也是一种模式生物,但其脂质成分及含量尚未得到系统研究。大多数家蚕品系对家蚕核多角体病毒(BmNPV)敏感,这种杆状病毒给蚕桑产业造成了严重的损失。此前,陈克平课题组已经筛选出一种对BmNPV 具有高度抗性的家蚕天然突变体。本研究中他们利用超高效液相色谱-质谱联用技术(UPLC-MS)对BmNPV 易感品系306 和抗性品系NB(数据保存在MetawLight MTBLS2142中)进行了全面的脂质组学分析。两个品系的脂质组图谱比较结果显示:在易感品系中,磷脂、二酰甘油脂、神经酰胺和醌类化合物的含量明显高于抗性品系;而在抗性品系中,溶血磷胆碱的含量较高。BmNPV侵染改变了两种家蚕品系中的脂质谱,揭示了与病毒感染和免疫反应相关的关键脂质。作者分析了脂质生物合成途径中一些关键酶在这两个家蚕品系及病毒感染家蚕品系内的的活性,揭示了脂质生物合成、病毒抗性和宿主免疫应答之间的关系。

(沈姜宏 整理)

5.HUANG L,DONG Z Q,DONG F F,et al.Gene editing the BmNPV inhibitor of apoptosis protein 2(iap2)as an antiviral strategy in transgenic silkworm.International Journal of Biological Macromolecules.DOI:10.1016/j.ijbiomac.2020.10.210(2020).

[题 目]敲除BmNPV 凋亡蛋白抑制因子2(iap2)可以作为一种家蚕抗病毒策略

[摘 要]细胞凋亡是一种细胞防御机制,用于清除感染病毒的宿主细胞。然而病毒已经进化出相应的凋亡基因抑制剂来促进它们的复制。现有的研究已经发现参与杆状病毒增殖的抗凋亡相关基因,但这些基因是否可以应用于基因治疗,目前仍不清楚。本研究中,西南大学的潘敏慧课题组利用CRISPR/Cas9 系统敲除了BmNPV 凋亡抑制因子2(iap2)从而构建了一种转基因家蚕品系。测序结果表明,所有序列均能编辑BmNPViap2 基因的靶位点。作者检测了转基因家蚕的经济性状和生长发育指标,发现其与正常家蚕相比无明显差异。但是敲除BmNPViap2 基因的家蚕在感染BmNPV 后,死亡率明显降低,发病时间延长1~2 d,半数致死量(LD50)约为正常家蚕的100倍。此外,在转基因家蚕中编辑BmNPViap2 后,凋亡相关基因Bmiap2、BmICE和BmDreed的表达水平受到明显影响,caspase 9 活性增强。这些结果表明,BmNPViap2的敲除能显著抑制BmNPV 在家蚕体内的复制和增殖。作者认为这种方法为抗病毒研究提供了一种新的策略。

(沈姜宏 整理)

6.TSUCHIYA R,KANESHIMA A,KOBAYASHI M,et al.Maternal GABAergic and GnRH/corazonin pathway modulates egg diapause phenotype of the silkwormBombyx mori.Proc Natl Acad Sci U S A.DOI:10.1073/pnas.2020028118(2021).

[题 目]母体氨基丁酸和促性腺激素释放激素/黑化诱导神经肽通路调控家蚕胚胎滞育

[摘 要]滞育是昆虫发育过程中的一个重要发育转换,并且是一种季节性适应策略。其在大多数昆虫物种中都作为休眠的特定亚型进化而来,以确保在不利的环境条件下生存并保持种群同步。然而,参与环境信号感知与形态、生理、行为和生殖响应整合的分子机制的层次关系仍不清楚。在家蚕的二化性品系中,胚胎滞育是作为母体效应进行跨世代诱导的。子代滞育由母体胚胎发育过程中的环境温度决定。信州大学的RYOMA 等人发现这种环境与表型之间的层次路径是由γ-氨基丁酸(GABA)和黑化诱导神经肽信号系统组成,通过滞育激素的释放来调节子代滞育诱导,而这可能是通过质膜上GABA转运体的温度依赖性表达来进行微调。此外,该信号通路与促性腺激素释放激素(GnRH)信号系统在脊椎动物季节性生殖可塑性方面具有相似的特征。

(刘露露 整理)

7.YOKOYAMA T,SAITO S,SHIMODA M et al.Comparisons in temperature and photoperiodic-dependent diapause induction between domestic and wild mulberry silkworms.Sci Rep.DOI:10.1038/s41598-021-87590-4(2021).

[题 目]家蚕与野生桑蚕依赖温度和光周期滞育诱导的比较

[摘 要]家蚕的二化性品系每年有两代。它表现为兼性滞育表型,其子代滞育与否由环境条件决定,包括光周期和温度以及母体胚胎和幼虫发育期间的营养条件。然而,目前还不清楚发育过程中所接收的环境信号是如何被选择性地用作决定其子代滞育表型的线索的。日本东京农业科技大学的KUNIHIRO 课题组分别对家蚕Kosetsu 株系和日本野桑蚕(B.mandarina)两个种群滞育诱导的分子分层机制进行了比较分析。其结果表明,对于Kosetsu,母体胚胎发育期间的温度信号主要通过温度敏感的瞬时受体电位固定蛋白1(TRPA1)和滞育激素(DH)信号通路影响滞育的决定。然而,尽管DH信号通路和TRPA1 的热敏感性在两个物种中都是保守的,但野桑蚕的胚胎滞育更依赖于光周期。基于以上的发现,由于在TRPA1敲除突变体中,依赖温度的诱导被光周期诱导取代,作者推测TRPA1 激活的信号与Kosetsu 中参与滞育诱导的信号通路紧密相关,从而选择性地利用温度信息作为线索。

(刘露露 整理)

8.GUO Z Q,HE X B,JIANG C H,et al.Activation ofBombyx morineuropeptide G protein-coupled receptor A19 by neuropeptide RYamides couples to Gq protein-dependent signaling pathways.J Cell Biochem.DOI:10.1002/jcb.29874(2021).

[题 目]神经肽RY酰胺偶联Gq蛋白依赖的信号通路激活家蚕神经肽G蛋白偶联受体A19

[摘 要]RY 酰胺是昆虫中新发现的一个神经肽家族,在调节多种生理过程中发挥着重要作用。然而,赖氨酸信号系统的信号特征和生理作用仍不清楚。在本研究中,浙江大学的郭志强等人克隆了家蚕幼虫RY 酰胺受体BNGR-A19的全长互补序列并在哺乳动物HEK293T细胞和昆虫Sf9细胞中表达。功能分析表明BNGR-A19 被合成的RY 酰胺肽激活,进而引发cAMP响应元件控制的荧光素酶活性显著增加,并以Gq抑制剂敏感的方式动员Ca2+。BNGR-A19 被RY 酰胺肽激活后通过Gq-PLC-PKC(磷脂酰肌醇双信号通路)途径诱导ERK1/2(细胞外调节蛋白激酶)磷酸化,并从细胞表面迅速内化到细胞质。进一步的交叉活性分析表明,BNGR-A19 对高浓度(1μM)的家蚕磺胺素-1、神经肽F-1和短神经肽F-1 的刺激反应很弱,反之亦然,家蚕赖氨酸对家蚕NPF 受体(BNGR-A4)和sNPF 受体(BNGR-A11)也表现出轻微的激活作用。此外,qRT-PCR 结果显示,BNGR-A19在家蚕后肠和精巢均有高水平表达,表明RY酰胺信号可能参与调节摄食、水分平衡和精巢发育。他们的研究首次提供了有关昆虫RY 酰胺信号系统的深入信息,有助于进一步阐明其在昆虫生理中的内分泌作用。

(徐礼锋 整理)

9.HOU M,DAI T M,LIANG X Y,et al.Bombyx morican synthesize ascorbic acid through the L-gulose pathway to varying degrees depending on developmental stage.Arch Insect Biochem Physiol.DOI:10.1002/arch.21783(2021).

[题 目]家蚕可通过l-古糖洛酸途径合成抗坏血酸,其合成程度因发育阶段而异

[摘 要]维生素C(VC)是许多动物必需的营养物质,VC 的生理活性形式是L-抗坏血酸(ASA),然而,包括家蚕在内的昆虫是否能合成维生素C 目前尚不清楚。在本研究中,山东农业大学的侯满等人采用优化的高效液相色谱法测定了家蚕蚕卵、幼虫和蛹中L-抗坏血酸(ASA)的含量和VC 合成关键酶L-古洛糖酸-1,4-内酯氧化酶(GULO)的活性,通过RNAi 技术测定BmGulo-like基因对胚胎发育和蛹脂肪体GULO 活性的影响。在胚胎期晚期(E144h-E168h)和蛹期中晚期(P48h-P144h)期间,ASA 含量均显著升高,且不摄取外源VC。此外,饲喂无VC 饲料的幼虫体内ASA 含量也随龄期增加而增加。即使用新鲜桑叶饲养幼虫,卵、幼虫和蛹的脂肪体中也存在GULO 酶活性,且在胚胎后期(E144h-E168h)和蛹期早期(P24 h之前)酶活性较高。当筛选出的BmGulo-like 基因(BGIBMGA005735)用小干扰RNA敲除后,蛹脂肪体中的GULO 活性显著降低,卵的存活率和孵化率分别显著下降21%和44%,并且胚胎发育延迟。他们的研究证实了家蚕可通过L-古洛酸途径合成VC(ASA),尽管活性很低,而且这种合成能力随着发育阶段的不同而不同,进而阐明了VC(ASA)在卵期和蛹期的来源和合成途径,进一步丰富了对昆虫营养的认识。

(徐礼锋 整理)

10.QIAN W L,YANG Y,LI Z,et al.Enhanced MycExpression in Silkworm Silk Gland Promotes DNA Replication and Silk Production.Insects.DOI:https://doi.org/10.3390/insects12040361(2021).

[题 目]增强Myc基因在家蚕丝腺的表达可促进DNA复制及丝蛋白的产生

[摘 要]家蚕是一种重要的经济昆虫,通过在丝腺中合成丝蛋白来产生丝,蚕丝腺细胞在幼虫期进行内复制。转录因子Myc对细胞生长和增殖至关重要。尽管家蚕Myc基因在之前的研究中已经被鉴定,但它在家蚕丝腺中的生物学功能仍然未知。在本研究中,西南大学家蚕基因组生物学国家重点实验室的钱文良等人检测了在家蚕丝腺中增强Myc基因的表达来是否能促进丝腺细胞生长和丝的合成。基于转基因方法,Myc在丝素重链(fibroin heavy chain,FibH)基因启动子的启动下在后部丝腺(PSG)中成功过表达。与对照组相比,后部丝腺中Myc基因表达的增强使FibH 的表达量提高了20%左右,并增加了茧壳的重量和茧层率。作者的进一步研究证实,Myc基因过表达后,通过促进DNA 复制相关基因的转录来提高PSG 细胞的细胞核大小和DNA 含量。因而,作者得出结论:增强Myc表达促进了丝腺细胞中的DNA复制和丝蛋白表达,从而提高了丝产量。

(郑露 整理)

11.WANG Q,WANG J,REN M,et al.Peptidoglycan recognition protein-S1 acts as a receptor to activate AMP expression through the IMD pathway in the silkwormBombyx mori.Dev Comp Immunol.DOI:10.1016/j.dci.2020.103903(2021).

[题 目]家蚕肽聚糖识别蛋白S1作为受体通过IMD途径激活AMP的表达

[摘 要]肽聚糖识别蛋白(PGRP)是昆虫中最重要的模式识别受体(PRR)。PGRP 可以识别病原微生物肽聚糖(PGs),并在先天免疫中起重要作用。目前已在家蚕中鉴定出12 个肽聚糖识别蛋白。然而,这些肽聚糖识别蛋白在家蚕先天免疫系统中所起的具体作用至今尚未阐明。这项研究中,江苏大学生命科学学院系统地研究了BmPGRP-S1 在家蚕中的生物学功能。研究人员观察到BmPGRP-S1在家蚕免疫相关器官中高表达,并在细菌感染后上调。此外,研究者还发现BmPGRP-S1可以与细菌或肽聚糖结合并激活抗菌肽(AMP)的表达。SiRNA抑制BmPGRP-S1的表达从而降低了家蚕AMP基因的表达。进一步的试验表明,BmPGRP-S1参与了IMD通路的激活,从而诱导AMP的表达。综上所述,这些结果表明,BmPGRP-S1 作为受体,通过IMD 途径激活AMP基因表达,以应对细菌的感染。

(张艳华 整理)

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